JPH07233000A - Magneto-optical element and its manufacture - Google Patents
Magneto-optical element and its manufactureInfo
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- JPH07233000A JPH07233000A JP33539994A JP33539994A JPH07233000A JP H07233000 A JPH07233000 A JP H07233000A JP 33539994 A JP33539994 A JP 33539994A JP 33539994 A JP33539994 A JP 33539994A JP H07233000 A JPH07233000 A JP H07233000A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光受動素子にファラデ
ー回転子として用いられ、透過光の波長領域が実質的に
0.98μm、1.017μm、1.047μm、1.
064μm帯である磁気光学素子に関し、特に、光増幅
器用励起光源(例えば、レーザーダイオード)の近傍に
用いられる光アイソレータ、および同波長領域で用いら
れる光磁界センサへの使用に好適な磁気光学素子に関す
る。本発明は、また、前記磁気光学素子の製造方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used as a Faraday rotator in an optical passive element, and the wavelength range of transmitted light is substantially 0.98 μm, 1.017 μm, 1.047 μm, 1.
The present invention relates to a magneto-optical element in the 064 μm band, and particularly to a magneto-optical element suitable for use in an optical isolator used near an excitation light source for an optical amplifier (for example, a laser diode) and an optical magnetic field sensor used in the same wavelength region. . The present invention also relates to a method for manufacturing the magneto-optical element.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信システムにおいては、近年、光信
号を電気信号に置き換えることなく光信号のままで直接
増幅を行う、光ファイバ増幅器の使用が検討されてい
る。この場合、前記増幅器内にEr(エルビウム)添加
光ファイバを使用し、このEr添加光ファイバに増幅す
る信号光と励起光とを透過させて増幅光を得る。光通信
システムにおいて一般的な波長である1.55μmの信
号光が用いられている場合、前記励起光の波長は1.4
8μmまたは0.98μmの場合に特に良好な結果が得
られることが確認されている。2. Description of the Related Art In recent years, in an optical communication system, use of an optical fiber amplifier has been studied, which directly amplifies an optical signal as it is without replacing the optical signal with an electric signal. In this case, an Er (erbium) -doped optical fiber is used in the amplifier, and the signal light to be amplified and the pumping light are transmitted through the Er-doped optical fiber to obtain amplified light. When a signal light of 1.55 μm, which is a general wavelength in an optical communication system, is used, the wavelength of the pumping light is 1.4
It has been confirmed that particularly good results are obtained in the case of 8 μm or 0.98 μm.
【0003】このうち1.48μm帯励起による光ファ
イバ増幅器は0.98μm帯励起による光ファイバ増幅
器の場合に較べて、得られる光学特性の面で必ずしも優
れているわけではないが、1.48μm帯では信頼性の
ある励起用レーザ光源がすでに得られていること、また
1.48μm帯に対応した光アイソレータが同じく開発
済みであることから、既に実用化されている。Of these, the optical fiber amplifier pumped in the 1.48 μm band is not necessarily superior in the obtained optical characteristics to the optical fiber amplifier pumped in the 0.98 μm band, but is 1.48 μm band. Since a reliable pumping laser light source has already been obtained, and an optical isolator corresponding to the 1.48 μm band has already been developed, it has already been put to practical use.
【0004】いっぽう、0.98μm帯励起による光フ
ァイバ増幅器は、1.48μm帯励起による光ファイバ
増幅の場合に較べて実験的により高効率・低雑音特性で
あることが確認されていたが、0.98μm帯域におけ
る高出力の適切な励起用レーザ光源および光アイソレー
タが従来は存在せず、それが開発のネックとなってい
た。On the other hand, it has been experimentally confirmed that the optical fiber amplifier pumped in the 0.98 μm band has higher efficiency and lower noise characteristics than the optical fiber amplifier pumped in the 1.48 μm band. A suitable high-power laser light source for excitation and an optical isolator in the 0.98 μm band have not existed in the past, which has been a bottleneck in development.
【0005】ところで1.48μm帯用の光ファイバ増
幅器では、光アイソレータ用ファラデー回転子に磁性ガ
ーネット膜を用いた素子を用いることが一般的である
が、同素子は0.98μm帯においては挿入損失がきわ
めて大きいために実用性がない。一方、0.98μm帯
では最近になって励起用レーザ光源として半導体レーザ
の開発が進んでいることから、0.98μm帯を用いた
光ファイバ増幅器が注目を集めつつある。これらのこと
から小型、低損失の0.98μm帯用光アイソレータに
対する需要が高まっており、それに用いられるファラデ
ー回転子の開発が求められている。また将来的に実用の
可能性の大きい1.3μm信号光に対するPr添加光フ
ァイバー増幅器の励起用光源(1.017μmおよび
1.047μm)、光CATVの伝送用光源として用い
られようとしているレーザダイオード励起Nd:YAG
レーザ光源(1.064μm)に対しても小型、低損失
の光アイソレータが求められようとしている。By the way, in an optical fiber amplifier for the 1.48 μm band, it is general to use an element using a magnetic garnet film for a Faraday rotator for an optical isolator, but this element has an insertion loss in the 0.98 μm band. Is too large to be practical. On the other hand, in the 0.98 μm band, a semiconductor laser has recently been developed as a pumping laser light source, and therefore, an optical fiber amplifier using the 0.98 μm band is drawing attention. For these reasons, there is an increasing demand for a small size and low loss optical isolator for the 0.98 μm band, and the development of a Faraday rotator used therefor is required. Further, a laser diode pumped Nd that is about to be used as a pumping light source (1.017 μm and 1.047 μm) of a Pr-doped optical fiber amplifier for 1.3 μm signal light, which has a great possibility of practical use in the future, and a light source for transmission of an optical CATV. : YAG
There is a demand for a compact and low-loss optical isolator for a laser light source (1.064 μm).
【0006】0.98μm、1.017μm、1.04
7μm、1.064μmの各帯域の近傍において低損失
・高ファラデー回転係数である材料としてMnTe−H
gTe−CdTeの3元系半磁性半導体材料が適切であ
ることは、特開昭61−123814号(即ち、123
814/1986号)公報によって従来から知られてい
た。また同3元系材料においてファラデー回転係数が高
い値を示す組成領域についても、前記特開昭61−12
3814号公報や特開平3−229217号(即ち、2
29217/1991号)公報、および平成5年(19
93年)1月25日出願の特願平5−9984号明細書
(平成6年(1994年)8月12日公開の特開平6−
222309号(即ち、222309/1994号)公
報参照)等によって提案がなされている。0.98 μm, 1.017 μm, 1.04
MnTe-H as a material having low loss and high Faraday rotation coefficient in the vicinity of each band of 7 μm and 1.064 μm
The suitability of the ternary semi-magnetic semiconductor material of gTe-CdTe is disclosed in JP-A-61-123814 (that is, 123
814/1986). Further, regarding the composition region in which the Faraday rotation coefficient is high in the ternary material, the above-mentioned JP-A-61-12 is also used.
3814 and JP-A-3-229217 (that is, 2
29217/1991) and 1993 (19
Japanese Patent Application No. 5-9984 filed on Jan. 25, 1993 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-1994 published on Aug. 12, 1994)
Proposal has been made by, for example, Japanese Patent No. 222309 (see No. 222230/1994).
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公報に示されているCdMnHgTe結晶はいずれも
MBE(分子線エピタキシィ)法や従来のブリッジマン
法にて作製されているが、これらは均一な単結晶の材料
を工業的に量産可能な方法であるとは言い難い。However, the CdMnHgTe crystals disclosed in these publications are all manufactured by the MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or the conventional Bridgman method. It is hard to say that this is a method capable of industrially mass-producing crystalline materials.
【0008】MBE法は真空中で原料の構成元素を基盤
材料に蒸着して作製する方法であるから、作製された結
晶は、通常、数μm乃至数十μm程度のきわめて薄いも
のとなり、一般に光アイソレータに必要な45°のファ
ラデー回転角を得るのに十分な寸法形状、少なくとも厚
さ300μm程度の素子を作製することは困難である。
また通常この方法では作製結晶は他結晶体膜となる場合
が多く、ファラデー素子に用いられる光学的均一性のす
ぐれた単結晶の素子材料を得ることは難しい。Since the MBE method is a method in which the constituent elements of the raw material are vapor-deposited on a base material in a vacuum, the produced crystals are usually extremely thin, of the order of several μm to several tens of μm, and are generally exposed to light. It is difficult to manufacture an element having a size and shape sufficient to obtain the Faraday rotation angle of 45 ° required for the isolator, and at least a thickness of about 300 μm.
In addition, usually, in this method, the prepared crystal is often a different crystal film, and it is difficult to obtain a single crystal element material having excellent optical uniformity used for a Faraday element.
【0009】一方、従来のブリッジマン法によれば、十
分な大きさの素子を作製することは可能であるが、その
作製の途中で双晶が発生したり、結晶成長の途中でその
組成に結晶偏析と呼ばれる変動が生じるために、通常で
は組成が不均一かつ光学的品質の低い素子材料しか得る
ことができず、これが歩留まりの低下や光学品質や特性
の低下の原因となるために、やはり実用的な方法である
とは言えない。この従来のブリッジマン法を用いてCd
MnHgTe結晶(単結晶)を作製する場合について以
下に詳細に説明する。On the other hand, according to the conventional Bridgman method, it is possible to fabricate a device having a sufficient size, but twin crystals are generated during the fabrication, or the composition thereof is changed during the crystal growth. Since a variation called crystal segregation occurs, usually only element materials having a non-uniform composition and low optical quality can be obtained, which causes a decrease in yield and deterioration of optical quality and characteristics. It is not a practical method. Using this conventional Bridgman method, Cd
The case of producing an MnHgTe crystal (single crystal) will be described in detail below.
【0010】この従来のブリッジマン法を用いてCdM
nHgTe結晶(単結晶)を作製する場合、後に詳述す
るように、出発原料を相変態点以上の融点で溶融し、溶
融された原料を徐々に冷却するので、この徐々な冷却に
よる結晶化過程で必ず相変態点を通過し、その際に双晶
が発生する。また、この場合、非コングルェント溶融で
あることから結晶の成長とともに結晶と融液の組成が変
化し、得られた結晶には場所により組成に差が生じるた
め、均一な組成を有する結晶が得られない。Using this conventional Bridgman method, CdM
When producing an nHgTe crystal (single crystal), as will be described in detail later, the starting raw material is melted at a melting point equal to or higher than the phase transformation point, and the melted raw material is gradually cooled. Therefore, it always passes through the phase transformation point, and twinning occurs at that time. Further, in this case, the composition of the crystal and the melt changes with the growth of the crystal due to the non-congruent melting, and the composition of the obtained crystal varies depending on the location, so that a crystal having a uniform composition is obtained. Absent.
【0011】双晶が存在する場合、その境界面近傍は光
学的品質が低いため、ファラデー回転子としての実用光
学特性を満足するためには双晶面に対して特定の向き
(一般的には双晶面に垂直な向き)に育成結晶を切り出
す必要があり、かつこれらの素子では入射光が双晶面を
透過するために光学的品質が低く、光学特性のばらつき
も大きい。さらにこの製造法によって得られた結晶は組
成偏析(結晶組成の変動)が大きく、結晶の成長方向に
ヴェルデ定数および挿入損失の値が大きく変動するの
で、ファラデー回転子として利用しうる適切な組成範囲
の領域は製造した結晶の中のごく限られた部分であっ
た。これらは従来のブリッジマン法による結晶では避け
られなかったことで、双晶の発生がなく、かつ組成偏析
の小さいCdMnHgTe結晶が求められていた。When twins are present, the optical quality in the vicinity of the boundary is low, and therefore, in order to satisfy the practical optical characteristics as a Faraday rotator, a specific orientation (generally, a direction with respect to the twin planes) is required. It is necessary to cut out the grown crystal in a direction perpendicular to the twin plane), and in these elements, incident light transmits through the twin plane, so that the optical quality is low and the optical characteristics vary widely. Furthermore, the crystals obtained by this production method have a large composition segregation (change in crystal composition), and the values of Verde constant and insertion loss fluctuate greatly in the crystal growth direction. Therefore, a suitable composition range that can be used as a Faraday rotator is obtained. The region of was a very limited part of the manufactured crystal. Since these were inevitable in the crystal by the conventional Bridgman method, a CdMnHgTe crystal in which twinning did not occur and composition segregation was small was demanded.
【0012】次に、前述の公報に開示されたMnTe−
HgTe−CdTeの3元系半磁性半導体材料の光学特
性について説明する。高光学特性を得るためのMnTe
−HgTe−CdTeの3元系半磁性半導体材料の組成
としては、前述の各公報に示された組成範囲は必ずしも
適当なものであるとは言えない。一般にファラデー素子
に求められる光学特性は、透過光の波長に対して、 (1)ヴェルデ定数(単位長さ・単位印加磁界当たりの
ファラデー回転角)が大きいこと (2)透過光の挿入損失が小さいこと の2点である。ところが、挿入損失に関しては0.7〜
0.9μmの領域にカットオン波長とよばれる挿入損失
が急激に増加する領域があり、その近傍、およびより短
波長側の領域では挿入損失が大すぎるためにファラデー
回転子として用いることができない。カットオン波長の
値はCdMnHgTe半磁性半導体の場合、その組成に
応じて変動するので、目的とする波長領域以外での光学
特性のデータを単純に外挿して、素子を用いる波長領域
でファラデー回転子として十分な光学特性を有するかを
判断することは不可能である。Next, MnTe-disclosed in the above-mentioned publication.
The optical characteristics of the HgTe-CdTe ternary semi-magnetic semiconductor material will be described. MnTe for obtaining high optical characteristics
As the composition of the ternary semi-magnetic semiconductor material of -HgTe-CdTe, the composition range shown in each of the above-mentioned publications is not necessarily appropriate. Generally, the optical characteristics required for a Faraday element are (1) a large Verdet constant (Faraday rotation angle per unit length / unit applied magnetic field) with respect to the wavelength of transmitted light, and (2) small insertion loss of transmitted light. There are two points. However, the insertion loss is 0.7-
There is a region called a cut-on wavelength where the insertion loss sharply increases in the region of 0.9 μm, and the insertion loss is too large in the vicinity thereof and in the region on the shorter wavelength side, so that it cannot be used as a Faraday rotator. In the case of CdMnHgTe semi-magnetic semiconductor, the value of the cut-on wavelength varies depending on its composition. Therefore, by simply extrapolating the data of optical characteristics outside the target wavelength range, the Faraday rotator can be used in the wavelength range where the device is used. It is impossible to judge whether or not it has sufficient optical characteristics.
【0013】これをふまえて前記特開昭61−1238
14公報および前記特開平3−229217公報を顧み
れば、前者では実施例に記された実測波長は0.8μ
m、1.3μm、1.5μm、の3波長のみであり、ま
た後者では0.50〜0.78μmの領域に限定されて
いる。Based on this, the above-mentioned JP-A-61-1238
14 and the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 3-229217, in the former case, the measured wavelength described in the example is 0.8 μm.
m, 1.3 μm, and 1.5 μm, and the latter is limited to the region of 0.50 to 0.78 μm.
【0014】従って、0.98μm帯用光アイソレータ
に用いることを前提とするファラデー回転素子におい
て、良好な光学特性を得られる範囲として上記の2つの
公報に示された組成範囲をそのまま当てはめて考えるこ
とは無理で、適する組成範囲を知るためには様々な組成
でCdMnHgTe半磁性半導体を新たに製作し、その
光学特性であるヴェルデ定数とカットオン波長を必要な
波長領域で新規に測定する必要がある。Therefore, in the Faraday rotator designed for use in the 0.98 μm band optical isolator, the composition ranges shown in the above two publications should be applied as they are as a range in which good optical characteristics can be obtained. Is not possible, and it is necessary to newly manufacture CdMnHgTe semimagnetic semiconductors with various compositions and to measure the Verde constant and the cut-on wavelength, which are the optical characteristics, in the required wavelength region in order to know the suitable composition range. .
【0015】また、上記特願平5−9984号明細書で
はその対応波長領域に0.98μm帯が含まれているも
のの、使用対象とする波長範囲を0.8〜1.1μmと
かなり広くとったために使用波長を0.98μm近傍に
限定した場合に較べると請求範囲の組成領域が逆に著し
く狭くなっており、この領域のみでは良好な光学特性が
得られる0.98μm帯近傍波長用ファラデー回転素子
の組成範囲として適切とは言えない。In the above-mentioned Japanese Patent Application No. 5-9984, the corresponding wavelength range includes the 0.98 μm band, but the wavelength range to be used is fairly wide, 0.8 to 1.1 μm. Therefore, compared to the case where the wavelength used is limited to the vicinity of 0.98 μm, the composition region of the scope of the claims is conversely narrowed, and good optical characteristics can be obtained only in this region. It cannot be said that the composition range of the device is appropriate.
【0016】以上記した通り、0.98μm帯近傍波長
用光アイソレータに用いられるCdMnHgTe半磁性
半導体のファラデー回転子において求められているの
は、 (1)工業的に安定して量産可能な製造の手段があるこ
と。As described above, the Faraday rotator of the CdMnHgTe semi-magnetic semiconductor used in the 0.98 μm band near-wavelength optical isolator is required to be (1) industrially stable and capable of mass production. There is a means.
【0017】(2)同波長領域で透過光の挿入損失が小
さく、かつヴェルデ定数が十分に大きい半磁性半導体の
組成範囲が提示されること。 の以上2点である。しかし、上述の先行技術ではこの何
れについても明確に示されてはいなかった。なお、上記
の説明ではCdMnHgTe半磁性半導体によるファラ
デー回転子を0.98μm帯近傍波長光アイソレータに
用いることを前提としているが、同じ波長の透過光を用
いる光磁界センサ用ファラデー回転子として用いる場合
でも全く同様である。(2) A composition range of a semi-magnetic semiconductor having a small insertion loss of transmitted light and a sufficiently large Verdet constant in the same wavelength range is presented. The above are two points. However, none of the above-mentioned prior arts have clearly shown this. In the above description, it is premised that the Faraday rotator made of a CdMnHgTe semimagnetic semiconductor is used for the 0.98 μm band near-wavelength optical isolator, but even when it is used as a Faraday rotator for an optical magnetic field sensor that uses transmitted light of the same wavelength. Exactly the same.
【0018】従って、本発明の課題は、ファラデー素子
として用いることができる、組成が均一でかつ光学的品
質の高い磁気光学素子を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a magneto-optical element having a uniform composition and high optical quality, which can be used as a Faraday element.
【0019】本発明のもう一つの課題は、ファラデー素
子として用いることができる、組成が均一でかつ光学的
品質の高い磁気光学素子を、製造する方法を提供するこ
とにある。Another object of the present invention is to provide a method for producing a magneto-optical element having a uniform composition and high optical quality, which can be used as a Faraday element.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、(Cd
1-X-Y Mnx HgY )1 Te1 (0<X<1、0<Y<
1)で表される磁気光学素子において、MnTe−Hg
Te−CdTeの擬3元系相図において、Mn0.5 Hg
0.5 Te, Mn0.6 Hg0.4 Te,Cd0.83Mn0.13
Hg0.04Te, Cd0.83Mn0.05Hg0.12Teの4点
に囲まれる範囲に含まれる組成を有し、かつ300μm
以上の厚さを有する、双晶及び組成偏析を実質的に含ま
ない単結晶からなることを特徴とする磁気光学素子が得
られる。According to the present invention, (Cd
1-XY Mn x Hg Y ) 1 Te 1 (0 <X <1, 0 <Y <
In the magneto-optical element represented by 1), MnTe-Hg
In the Te-CdTe quasi-ternary phase diagram, Mn 0.5 Hg
0.5 Te, Mn 0.6 Hg 0.4 Te, Cd 0.83 Mn 0.13
Hg 0.04 Te, Cd 0.83 Mn 0.05 Hg 0.12 Te having a composition contained in a range surrounded by four points and having a thickness of 300 μm
A magneto-optical element having the above-mentioned thickness and made of a single crystal substantially free of twinning and composition segregation is obtained.
【0021】更に本発明によれば、(Cd1-X-Y Mnx
HgY )1 Te1 (0<X<1、0<Y<1)で表され
る磁気光学素子であって、MnTe−HgTe−CdT
eの擬3元系相図において、Mn0.5 Hg0.5 Te,
Mn0.6 Hg0.4 Te,Cd0.83Mn0.13Hg0.04T
e, Cd0.83Mn0.05Hg0.12Teの4点に囲まれる
範囲に含まれる組成を有し、かつ300μm以上の厚さ
を有する、双晶及び組成偏析を実質的に含まない単結晶
からなる前記磁気光学素子を製造する方法において、前
記擬3元系相図において前記範囲に含まれる目標組成に
対し、Te以外の元素の割合はそのままの状態で、Te
が0.001以上0.1以下過剰である割合に配合され
た金属Cd、金属Mn、金属Te、および金属HgTe
からなる原料又は金属Cd、金属Mn、金属Te、およ
び金属Hgからなる原料を出発原料として用意する工程
と;前記出発原料を、Hgの蒸気圧に対応する圧力に維
持され、かつ、前記出発原料を融解し得る温度に維持さ
れた雰囲気に置いて、前記出発原料を、融解された原料
に融解する工程と;前記融解された原料を急冷凝固して
多結晶体とする工程と;この多結晶体を、Hgの蒸気圧
に対応する圧力に維持され、かつ、前記多結晶体の相変
態温度より低い温度に維持された雰囲気に置いて、固相
反応により前記単結晶を再結晶成長させる工程とを含む
ことを特徴とする磁気光学素子の製造方法が得られる。Further according to the present invention, (Cd 1 -XY Mn x
A magneto-optical element represented by Hg Y ) 1 Te 1 (0 <X <1, 0 <Y <1), wherein MnTe-HgTe-CdT.
In the pseudo ternary phase diagram of e, Mn 0.5 Hg 0.5 Te,
Mn 0.6 Hg 0.4 Te, Cd 0.83 Mn 0.13 Hg 0.04 T
e, Cd 0.83 Mn 0.05 Hg 0.12 Te, and the magnetic composition comprising a single crystal having a composition contained in a range surrounded by four points and having a thickness of 300 μm or more and substantially not containing twin crystals and composition segregation. In the method for manufacturing an optical element, the ratio of elements other than Te to the target composition contained in the above range in the pseudo ternary phase diagram is kept as it is in Te
Cd, metal Mn, metal Te, and metal HgTe mixed in such a proportion that 0.001 to 0.1 are in excess.
Or a raw material consisting of Cd, Mn, Te, and Hg as a starting raw material; the starting raw material being maintained at a pressure corresponding to the vapor pressure of Hg, and Placing the material in an atmosphere maintained at a temperature at which it can be melted, melting the starting material into a melted material; quenching and solidifying the melted material into a polycrystal; Recrystallizing and growing the single crystal by a solid-state reaction by placing the body in an atmosphere maintained at a pressure corresponding to the vapor pressure of Hg and at a temperature lower than the phase transformation temperature of the polycrystalline body. A method for manufacturing a magneto-optical element, which comprises:
【0022】[0022]
【実施例】次に本発明の実施例について詳細に説明す
る。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described in detail.
【0023】図1に参照すると、本発明の一実施例によ
る磁気光学素子は、(Cd1-X-Y Mnx HgY )1 Te
1 (0<X<1、0<Y<1)で表される磁気光学素子
において、波長領域0.98μm、1.017μm、
1.047μm、1.064μm帯の各波長近傍域で使
用できるように、MnTe−HgTe−CdTeの擬3
元系相図において、Mn0.5 Hg0.5 Te, Mn0.6
Hg0.4 Te,Cd0.83Mn0.13Hg0.04Te, Cd
0.83Mn0.05Hg0.12Teの4点a、b、c、及びdが
囲む範囲に含まれる組成を有し、かつ300μm以上の
厚さを有する、双晶及び組成偏析を実質的に含まない単
結晶からなる。Referring to FIG. 1, a magneto-optical element according to an embodiment of the present invention comprises (Cd 1-XY Mn x Hg Y ) 1 Te.
In the magneto-optical element represented by 1 (0 <X <1, 0 <Y <1), wavelength regions 0.98 μm, 1.017 μm,
Pseudo 3 of MnTe-HgTe-CdTe so that it can be used in the vicinity of each wavelength of 1.047 μm and 1.064 μm band.
In the original phase diagram, Mn 0.5 Hg 0.5 Te, Mn 0.6
Hg 0.4 Te, Cd 0.83 Mn 0.13 Hg 0.04 Te, Cd
0.83 Mn 0.05 Hg 0.12 Te Single crystal having a composition contained in a range surrounded by four points a, b, c, and d, and having a thickness of 300 μm or more and substantially free of twinning and composition segregation. Consists of.
【0024】後に詳述されるが、上述の単結晶からなる
磁気光学素子は、簡単に言えば、以下のように製造され
る。即ち、前記擬3元系相図において前記範囲に含まれ
る目標組成に対し、Te以外の元素の割合はそのままの
状態で、Teが0.001以上0.1以下過剰である割
合に配合された金属Cd、金属Mn、金属Te、および
金属HgTeからなる原料(又は金属Cd、金属Mn、
金属Te、および金属Hgからなる原料)を出発原料と
して用意し、この出発原料を石英るつぼに充填する。こ
の出発原料を充填した石英るつぼ内を、Hgの蒸気圧に
対応する圧力とし、加熱炉の均一な加熱領域に、出発原
料を充填した石英るつぼを設置して、出発原料を融解す
る。そして、この融解された原料を急冷凝固して多結晶
体とする。次に、この多結晶体の入った石英るつぼを、
加熱炉の特定の温度勾配(後述する)を持つ領域に移
し、多結晶体の入った石英るつぼを、多結晶体の相変態
温度より低い温度に維持され、かつ、Hgの蒸気圧に対
応する圧力に維持された雰囲気に数日間置いて、固相反
応により前述の単結晶を再結晶成長させる。As will be described in detail later, the magneto-optical element made of the above-mentioned single crystal is simply manufactured as follows. That is, in the quasi-ternary phase diagram, the ratio of elements other than Te was kept as it is with respect to the target composition contained in the above range, and Te was blended in a ratio of 0.001 to 0.1 in excess. Raw material (or metal Cd, metal Mn, metal Mn, metal Te, and metal HgTe)
A raw material composed of metal Te and metal Hg) is prepared as a starting material, and the starting material is filled in a quartz crucible. The inside of the quartz crucible filled with the starting material is set to a pressure corresponding to the vapor pressure of Hg, and the quartz crucible filled with the starting material is installed in a uniform heating region of the heating furnace to melt the starting material. Then, the melted raw material is rapidly cooled and solidified to form a polycrystalline body. Next, place the quartz crucible containing this polycrystal in
The quartz crucible containing the polycrystal is moved to a region having a specific temperature gradient (described later) of the heating furnace, and is maintained at a temperature lower than the phase transformation temperature of the polycrystal, and corresponds to the vapor pressure of Hg. The single crystal is recrystallized by a solid phase reaction by leaving it in an atmosphere maintained at a pressure for several days.
【0025】この製造方法は、クェンチ法(高圧溶融冷
却法)によって作製された、目標組成にほぼ対応する組
成を持つ多結晶原料のロッドをアンプル状のるつぼに真
空封入し、このるつぼを加熱装置により多結晶原料の相
変態点より低い温度に数日間保持することで、多結晶原
料を再結晶成長させることにより単結晶を製造する。こ
の製造方法によれば、従来のブリッジマン法における上
述した欠点が解消され、双晶の発生がなく、組成偏析の
極めて小さい高品質の単結晶を量産することができる。In this manufacturing method, a rod of polycrystalline raw material having a composition substantially corresponding to a target composition manufactured by the quench method (high pressure melting and cooling method) is vacuum-sealed in an ampoule-shaped crucible, and this crucible is heated. By maintaining the temperature below the phase transformation point of the polycrystalline raw material for several days, a single crystal is produced by recrystallizing and growing the polycrystalline raw material. According to this manufacturing method, the above-mentioned drawbacks of the conventional Bridgman method are solved, twin crystals are not generated, and high-quality single crystals with extremely small composition segregation can be mass-produced.
【0026】上述の単結晶からなる磁気光学素子をファ
ラデー回転子として備えることによって、アイソレーシ
ョン:30dB以上、挿入損失:0.5dB以下の実質
的高特性を有し、かつ小型でLDモジュール内に実装可
能な0.98μm、1.017μ、1.047μm、
1.064μmの各近傍波長帯域用の光アイソレータを
得ることができる。同様に、上述の単結晶からなる磁気
光学素子をファラデー回転子として備えることによっ
て、上記波長帯域の透過光を用いる高性能の光磁界セン
サを得ることも可能である。By including the above-mentioned magneto-optical element made of a single crystal as a Faraday rotator, it has substantially high characteristics of isolation: 30 dB or more and insertion loss: 0.5 dB or less, and is small in size in an LD module. 0.98μm, 1.017μ, 1.047μm, which can be mounted
An optical isolator for each near wavelength band of 1.064 μm can be obtained. Similarly, it is also possible to obtain a high-performance magneto-optical sensor using the transmitted light in the above wavelength band by providing the above-mentioned magneto-optical element made of a single crystal as a Faraday rotator.
【0027】ZnS型構造を持つCdTeのCdの一部
をMnに置換したCd1-x Mnx Te(0<X<1)は
大きなヴェルデ定数を持つ素子であることが知られてお
り、0.63〜0.85μmの透過光領域において、光
アイソレータ用ファラデー回転子として用いられている
ことは公知である。しかし同素子は本発明での対象領域
である0.98μm、1.017μm、1.047μ
m、1.064μm帯の各近傍波長ではヴェルデ定数が
小さいため、そのままではファラデー回転子として十分
な光学特性を得ることができない。これは、一般にCd
MnTe素子においてはヴェルデ定数がそのカットオン
波長近くで大きくなる特徴があり、その値が同素子では
0.6〜0.7μmであることに起因している。この素
子を用いて上記の各帯域の近傍で十分に大きなヴェルデ
定数を得るには、Mnの組成値を変化させてヴェルデ定
数の絶対値を増大させるとともに、Cdの一部をHgに
置換することで前記カットオン波長を0.9μm帯域に
シフトさせればよい。ただし、カットオン波長そのもの
の領域では素子の挿入損失が増大するためにファラデー
回転子としては使用できなくなる。挿入損失の面から
は、上記の各帯域の近傍でCdMnHgTe素子を用い
るためのカットオン波長は0.94μm以下であること
が望ましい。このとき、波長0.98μmにおける挿入
損失は0.5dB以下(透過率は90%以上)であり、
この値は光アイソレータ用ファラデー回転子として用い
るに必要な程度の小さな値である。なお、最終的な素子
の光学特性に対してはバルク素子としての光学品質を左
右する結晶性も大きく影響することになる。It is known that Cd 1-x Mn x Te (0 <X <1) in which a part of Cd of CdTe having a ZnS type structure is replaced with Mn is an element having a large Verdet constant. It is known to be used as a Faraday rotator for an optical isolator in a transmitted light region of 0.63 to 0.85 μm. However, the element is 0.98 μm, 1.017 μm, and 1.047 μm, which are the target regions in the present invention.
Since the Verdet constant is small at each wavelength in the m and 1.064 μm band, sufficient optical characteristics cannot be obtained as a Faraday rotator. This is generally Cd
The MnTe element has a characteristic that the Verdet constant becomes large near the cut-on wavelength, and this is because the value is 0.6 to 0.7 μm in the element. In order to obtain a sufficiently large Verdet constant in the vicinity of each band using this device, the composition value of Mn is changed to increase the absolute value of the Verdet constant, and at the same time, a part of Cd is replaced with Hg. Then, the cut-on wavelength may be shifted to the 0.9 μm band. However, it cannot be used as a Faraday rotator because the insertion loss of the element increases in the region of the cut-on wavelength itself. From the viewpoint of insertion loss, it is desirable that the cut-on wavelength for using the CdMnHgTe element near each of the above bands is 0.94 μm or less. At this time, the insertion loss at a wavelength of 0.98 μm is 0.5 dB or less (the transmittance is 90% or more),
This value is small enough to be used as a Faraday rotator for an optical isolator. It should be noted that the final optical characteristics of the element are also greatly affected by the crystallinity that influences the optical quality of the bulk element.
【0028】一方CdMnHgTe単結晶の製造方法に
おいても、本発明にて提案する製造方法によって大きく
改善を図ることができる。即ち、クェンチ法(高圧溶融
冷却法)によって作製された、目標組成に対する組成を
持つ多結晶原料のロッドをアンプル状のるつぼに真空封
入し、このるつぼ加熱装置により目的組成結晶の相変態
点より低い温度に保持することで、多結晶原料を再結晶
成長させて単結晶を製造する。その際に結晶育成上の問
題点(石英るつぼへの圧力歪み、Hgの析出など)を防
ぐため、圧力、温度および温度勾配の設定値を常に適切
に保つようにすることで、同一装置で繰り返し安定した
組成の素子結晶の製造を行うことが可能となる。以上の
方法をとることで、従来の従来のブリッジマン法では光
学品質に対する大きな問題であった双晶の発生を原理的
にゼロにするとともに、結晶の光学特性に多大な変動を
与える組成偏析を実用上問題が生じない範囲に抑えこみ
うるため、高光学特性のファラデー回転素子結晶を、高
歩留まりで製造することができ、従ってこの方法で工業
的に量産することがはじめて可能である。On the other hand, also in the method of manufacturing a CdMnHgTe single crystal, the manufacturing method proposed in the present invention can be greatly improved. That is, a rod of polycrystalline raw material having a composition corresponding to the target composition, which is produced by the quench method (high-pressure melting and cooling method), is vacuum-enclosed in an ampoule-shaped crucible, and this crucible heating device lowers the phase transformation point of the crystal of the target composition. By maintaining the temperature, the polycrystalline raw material is recrystallized and grown to produce a single crystal. At that time, in order to prevent problems in crystal growth (pressure strain in the quartz crucible, precipitation of Hg, etc.), the pressure, temperature, and temperature gradient should be set to appropriate values at all times, and repeated in the same equipment. It is possible to manufacture a device crystal having a stable composition. By taking the above method, in principle, the generation of twins, which was a major problem for the optical quality in the conventional Bridgman method, is eliminated in principle, and the composition segregation that causes a great variation in the optical characteristics of the crystal is eliminated. Since the Faraday rotator element crystal having high optical characteristics can be manufactured with a high yield because it can be suppressed to a range where practically no problem occurs, it is possible to mass-produce industrially by this method for the first time.
【0029】次に本発明の具体例について説明する。Next, specific examples of the present invention will be described.
【0030】ここでは、図1のc点の組成に相当するC
d0.83Mn0.13Hg0.04Teの単結晶を作製する場合に
ついて、以下に従来のブリッジマン法および本発明によ
る製造方法の双方について説明する。Here, C corresponding to the composition at point c in FIG.
In the case of producing a single crystal of d 0.83 Mn 0.13 Hg 0.04 Te, both the conventional Bridgman method and the manufacturing method according to the present invention will be described below.
【0031】図2は従来のブリッジマン法を実行するた
めの製造装置の概略構成を示している。金属Cd、金属
Mn、金属HgTe、および金属Teを目標となる割合
(モル数比;Cd:Mn:HgTe:Te=0.83:
0.13:0.04:0.96)に秤量して出発原料と
し、次いで出発原料を石英るつぼ3に装填し、加圧容器
8内をアルゴンガス9の存在下において真空封止して、
高圧ブリッジマン炉の電気炉1の溶融ゾーンHにて溶融
(条件:融点約1050℃、圧力約20atm)して融
液4とした後に、石英るつぼ3を3〜7mm/hour
の速さで降下させてその下部側から冷却し、石英るつぼ
3の下端側より順次結晶成長を行わせ、単結晶5とす
る。この方法で得られた結晶は、まず融点(1050
℃)から相変態点(950℃)の間ではウルツ鉱型構造
となり、次いで相変態点以下の温度では閃亜鉛鉱型構造
に変わる。以上のことから、この製造方法を採用する
と、得られる結晶は双晶が発生しかつ組成変動により結
晶成長方向で光学特性が変化する。従って得られた結晶
は光学素子の材料としてはその特定面方位、かつ特定領
域の部分しか使うことが出来ないために歩留まりが低下
してしまう。従ってこの結晶では、ファラデー回転子と
して利用できる領域は全体の結晶のごく一部であり、し
かも品質も不十分であった。FIG. 2 shows a schematic structure of a manufacturing apparatus for executing the conventional Bridgman method. Target ratio of metal Cd, metal Mn, metal HgTe, and metal Te (molar number ratio; Cd: Mn: HgTe: Te = 0.83:
0.13: 0.04: 0.96) as a starting material, and then the starting material is loaded into a quartz crucible 3 and the pressure vessel 8 is vacuum-sealed in the presence of an argon gas 9.
After melting in the melting zone H of the electric furnace 1 of the high-pressure Bridgman furnace (conditions: melting point of about 1050 ° C., pressure of about 20 atm) to form a melt 4, the quartz crucible 3 is set to 3 to 7 mm / hour.
At a rate of 5 ° C. and cooled from the lower side thereof to sequentially grow crystals from the lower end side of the quartz crucible 3 to obtain a single crystal 5. Crystals obtained by this method have a melting point (1050
C.) to the phase transformation point (950.degree. C.), a wurtzite structure is formed, and then at a temperature below the phase transformation point, it changes to a sphalerite structure. From the above, when this manufacturing method is adopted, twin crystals are generated in the obtained crystal, and the optical characteristics change in the crystal growth direction due to the composition variation. Therefore, the obtained crystal can be used only as a material for an optical element in a specific plane orientation and a specific region, so that the yield is reduced. Therefore, in this crystal, the region which can be used as a Faraday rotator is a small part of the whole crystal, and the quality is insufficient.
【0032】図3は、この従来のブリッジマン法にて製
造された半磁性半導体結晶の構造の赤外偏光顕微鏡写真
である。図3では写真の裏面側に育成開始部があり、結
晶はそこから写真の表面側に向けて成長している。この
写真の斜め方向に一面にすじ状の構造が明瞭に観察され
るが、これは発生した双晶の境界面である。境界面どう
しの間隔、すなわち均一な単結晶領域の厚さはこの場合
約30μmである。FIG. 3 is an infrared polarization micrograph of the structure of a semimagnetic semiconductor crystal manufactured by the conventional Bridgman method. In FIG. 3, there is a growth start portion on the back side of the photograph, and the crystal grows from there toward the front side of the photograph. A striation-like structure is clearly observed on the entire surface in the oblique direction of this photograph, which is the boundary surface of the generated twin. The distance between the boundary surfaces, that is, the thickness of the uniform single crystal region is about 30 μm in this case.
【0033】図4は本発明による製造方法を実行するた
めの製造装置の概略構成を示している。図1のc点の組
成に相当するCd0.83Mn0.13Hg0.04Teの単結晶を
作製する場合には、高純度金属金属Cd、金属Mn、金
属HgTe、および金属Teを目標割合よりもTeをや
や過剰に秤量(Te過剰量は0.001(即ち、0.1
%)以上で0.1(即ち、10%)以下、本例では0.
01(即ち、1.0%)過剰とした。モル数比;Cd:
Mn:HgTe:Te=0.83:0.13:0.0
4:1.01)して出発原料とする。次いで出発原料を
石英るつぼ3に装填し、加圧容器8内をアルゴンガス9
の存在下において真空封止して、電気炉1の溶融ゾーン
Hにて溶融(条件:融点約1050℃、圧力約20at
m)して融液とした後に、急冷して多結晶の焼結棒6を
作製する。その後、加熱領域を適当な温度勾配(〜10
°/cmの温度勾配が上下方向に存在し、かつ下方に行
くにつれて低温となる)に設定してある位置に石英るつ
ぼを装置のるつぼ移動機構を用いて移動し、相変態温度
より低い温度(〜880℃)、圧力約15atmにて保
持し、再結晶させることで単結晶5の成長を行う。単結
晶5の成長時の温度(約900℃)は相変態点(約95
0℃)以下なので単結晶5ははじめから閃亜鉛鉱型構造
となる。従ってこの場合は結晶冷却過程で相変態点を通
過することがないので双晶が発生することはない。ま
た、融点以下での成長のため結晶の組成偏析はきわめて
小さく、上記組成の結晶では、90%以上の歩留まりで
単結晶化した領域を持つ育成体を得ることができた。FIG. 4 shows a schematic structure of a manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method according to the present invention. In the case of producing a single crystal of Cd 0.83 Mn 0.13 Hg 0.04 Te corresponding to the composition at point c in FIG. 1, the high-purity metal metal Cd, metal Mn, metal HgTe, and metal Te are slightly more Te than the target ratio. Excessive weighing (Te excess 0.001 (ie 0.1
%) Or more and 0.1 (that is, 10%) or less, in this example, 0.
01 (ie, 1.0%) excess. Molar ratio; Cd:
Mn: HgTe: Te = 0.83: 0.13: 0.0
4: 1.01) and used as the starting material. Next, the starting material is loaded into the quartz crucible 3 and the pressure vessel 8 is filled with argon gas 9
In a melting zone H of the electric furnace 1 (condition: melting point: about 1050 ° C., pressure: about 20 at)
m) to form a melt, and then rapidly cooled to produce a polycrystalline sintered rod 6. After that, the heating region is subjected to an appropriate temperature gradient (~ 10).
The quartz crucible is moved to a position where the temperature gradient of ° / cm exists in the vertical direction and becomes lower as it goes downward) by using the crucible moving mechanism of the apparatus, and the temperature lower than the phase transformation temperature ( Up to 880 ° C.) at a pressure of about 15 atm and recrystallization is performed to grow the single crystal 5. The temperature during the growth of the single crystal 5 (about 900 ° C.) is the phase transformation point (about 95 ° C.).
Since it is below 0 ° C.), the single crystal 5 has a zinc blende type structure from the beginning. Therefore, in this case, twin crystals do not occur because the phase does not pass through the phase transformation point in the crystal cooling process. Further, the composition segregation of the crystal is extremely small due to the growth below the melting point, and with the crystal having the above composition, a growth body having a single-crystallized region with a yield of 90% or more could be obtained.
【0034】図5は、この本発明の製造方法にて製造さ
れた半磁性半導体結晶の構造の赤外偏光顕微鏡写真であ
る。図5では写真の裏面側に育成開始部があり、結晶は
そこから写真の表面側に向けて成長している。図3に示
す従来のブリッジマン法による製造の場合とは異なり、
双晶の発生による縦方向のすじ状の構造は全く見られ
ず、光学的品質が均一であることを示している。FIG. 5 is an infrared polarization micrograph of the structure of the semimagnetic semiconductor crystal manufactured by the manufacturing method of the present invention. In FIG. 5, there is a growth start portion on the back side of the photograph, and crystals grow from there to the front side of the photograph. Unlike the case of manufacturing by the conventional Bridgman method shown in FIG. 3,
No vertical streak structure due to twinning was observed, indicating a uniform optical quality.
【0035】図6を参照すると、上述の本発明の製造方
法により育成された結晶の長さ方向のHgの濃度分布a
と、上述の従来のブリッジマン法により育成された結晶
の長さ方向のHgの濃度分布bとが、示されている。な
お、cは結晶の目標組成をしめしている。また、この図
における縦軸のHg濃度は、結晶の組成式Cd1-X-YM
nx HgY Te(0<X<1、0<Y<1)で示される
Yの値に対応する。Referring to FIG. 6, the Hg concentration distribution a in the length direction of the crystal grown by the above-described manufacturing method of the present invention.
And the Hg concentration distribution b in the length direction of the crystal grown by the above-mentioned conventional Bridgman method. In addition, c indicates the target composition of the crystal. Also, the Hg concentration on the vertical axis in this figure is the composition formula of the crystal Cd 1 -XY M
It corresponds to the value of Y represented by n x Hg Y Te (0 <X <1, 0 <Y <1).
【0036】以上説明した本発明による製造方法を用
い、MnTe−HgTe−CdTeの擬3元系相図にお
ける、様々な組成のCdMnHgTeの単結晶を作製
し、そのヴェルデ定数および挿入損失を測定して、ファ
ラデー回転子として適する組成範囲を検討した。実際に
結晶を製造し、光学特性を測定した組成の位置とその組
成でのヴェルデ定数の値を図7に示す。測定位置は図に
示した合計30点である。Using the above-described manufacturing method of the present invention, single crystals of CdMnHgTe having various compositions in the pseudo-ternary phase diagram of MnTe-HgTe-CdTe were prepared, and their Verdet constant and insertion loss were measured. , The composition range suitable for the Faraday rotator was examined. FIG. 7 shows the position of the composition where the crystal was actually manufactured and the optical characteristics were measured and the value of the Verdet constant at that composition. The measurement position is a total of 30 points shown in the figure.
【0037】一般にファラデー回転子のヴェルデ定数の
値は、CdMnHgTe単結晶の場合は使用上の条件か
ら使用波長において0.03deg/cm・Oe以上の
値が必要である。なぜなら、磁界強度3000Oeの永
久磁石を用いれば透過光の偏波面を45°回転させるフ
ァラデー回転子の全長は5mmとなるが、光アイソレー
タ、光磁界センサを工業的に量産することを念頭に置く
と磁界強度3000Oeを越える永久磁石を用いたりC
dMnHgTe単結晶の全長が5mmを越えるような設
計は現実的ではないからである。そこでヴェルデ定数の
値が0.03deg/cm・Oe以上の領域を図2に記
すと、図中に点線で示した4点a、b、c、dを結ぶ四
角形の周上及びその内部となり、これは図1の4点a、
b、c、dで囲まれる組成範囲に相当するのである。な
お、ファラデー回転子の光学特性ではヴェルデ定数が大
きいこととともに挿入損失が小さいことが重要である
が、図中の四角形の中の点ではいずれもカットオン波長
が940nm以下で、アイソレータとして使用する場合
の挿入損失も0.5dB以下であることが確認されてい
る。In general, in the case of a CdMnHgTe single crystal, the value of the Verdet constant of the Faraday rotator is required to be 0.03 deg / cm · Oe or more at the operating wavelength due to the operating conditions. This is because if a permanent magnet with a magnetic field strength of 3000 Oe is used, the total length of the Faraday rotator that rotates the polarization plane of the transmitted light by 45 ° is 5 mm. Using a permanent magnet with a magnetic field strength of more than 3000 Oe or C
This is because a design in which the total length of the dMnHgTe single crystal exceeds 5 mm is not realistic. Then, when the region where the value of Verde constant is 0.03 deg / cm · Oe or more is shown in FIG. 2, it is on the circumference of the quadrangle connecting the four points a, b, c, d shown by the dotted line in the figure, and inside thereof, This is 4 points a in Fig. 1,
This corresponds to the composition range surrounded by b, c and d. It is important for the optical characteristics of the Faraday rotator to have a large Verdet constant and a small insertion loss, but at the points inside the quadrangle in the figure, the cut-on wavelength is 940 nm or less, and when used as an isolator. It has been confirmed that the insertion loss of is less than 0.5 dB.
【0038】次に図1の4点a、b、c、dで囲まれる
組成範囲内のCdMnHgTe単結晶を用い、0.98
μm帯用光アイソレータを作製した例について以下に示
す。図1及び図2のc点に相当する組成のCd0.83Mn
0.13Hg0.04Te単結晶を上述した本発明による製造方
法で作製し、ファラデー回転子となし、磁界強度300
0OeのNd−Fe−B円筒型永久磁石の内部に挿入し
て磁界印加した構成の光アイソレータを製作した。ファ
ラデー回転子の形状は1.7mm×1.7mm×5mm
であり、光透過域面は両面に0.98μm用無反射コー
トを施してある。また偏光素子として、同じく無反射コ
ートを施したガラス偏光子を2枚用いた。光アイソレー
タのサイズはφ8mm×8Lmmと小型である。また光
学特性は、アイソレーション:30dB、挿入損失:
0.5dBであり、いずれも光ファイバ増幅器用の0.
98μm帯用光アイソレータとして申し分なく使用でき
る数値である。Next, using a CdMnHgTe single crystal within the composition range surrounded by four points a, b, c and d in FIG.
An example of manufacturing an optical isolator for the μm band will be shown below. Cd 0.83 Mn having a composition corresponding to point c in FIGS. 1 and 2
A 0.13 Hg 0.04 Te single crystal was manufactured by the manufacturing method according to the present invention described above, and was used as a Faraday rotator, and the magnetic field strength was 300.
An optical isolator having a structure in which a magnetic field was applied by inserting it into the 0 Oe Nd-Fe-B cylindrical permanent magnet was manufactured. The shape of the Faraday rotator is 1.7 mm x 1.7 mm x 5 mm
The surface of the light transmission region is coated with a non-reflection coating for 0.98 μm. As the polarizing element, two glass polarizers similarly coated with antireflection coating were used. The size of the optical isolator is as small as φ8 mm × 8 Lmm. The optical characteristics are isolation: 30 dB, insertion loss:
0.5 dB, both of which are 0.
It is a value that can be used perfectly as an optical isolator for the 98 μm band.
【0039】これに対し従来のブリッジマン方で製作し
た結晶を用いた場合、最良の結晶部分を用いても、同様
な構造の0.98μm帯用光アイソレータの特性はアイ
ソレーション25dB、挿入損失1.0dBであり、実
用的には極めて不十分なものであった。On the other hand, in the case of using the crystal manufactured by the conventional Bridgman method, the characteristics of the optical isolator for the 0.98 μm band having the same structure is 25 dB and the insertion loss is 1 even if the best crystal part is used. It was 0.0 dB, which was extremely insufficient for practical use.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
増幅器励起光源等(0.98〜1.064μm)に用い
られる光アイソレータ用磁気光学素子として好適な、組
成がCd1-X-Y Mnx HgY Te(0<X<1、0<Y
<1)で示される半磁性半導体結晶による磁気光学素子
を提供することが可能となる。As described above, according to the present invention,
Cd 1-XY Mn x Hg Y Te (0 <X <1, 0 <Y, which is suitable as a magneto-optical element for an optical isolator used for an amplifier excitation light source or the like (0.98 to 1.064 μm)
It is possible to provide a magneto-optical element made of the semi-magnetic semiconductor crystal shown in <1).
【0041】更に本発明によれば、上記半磁性半導体を
双晶のない、組成偏析の十分に小さい高品質の単結晶と
して効率よく製造できる方法が得られる。Further, according to the present invention, there is provided a method capable of efficiently producing the above semi-magnetic semiconductor as a high quality single crystal free from twins and having sufficiently small composition segregation.
【0042】また本発明は上記磁気光学素子をファラデ
ー回転子として用いることにより、増幅器用励起光源
(0.98μm帯、1.017μm帯、1.047μm
帯、及び1.064μm帯)に好適な小型、高性能の光
アイソレータが得られる。Further, according to the present invention, by using the magneto-optical element as a Faraday rotator, an excitation light source for an amplifier (0.98 μm band, 1.017 μm band, 1.047 μm band)
A compact and high-performance optical isolator suitable for the band and the 1.064 μm band can be obtained.
【0043】更に本発明によれば、記磁気光学素子をフ
ァラデー回転子として用いる、使用波長0.98μm
帯、1.017μm帯、1.047μm帯、及び1.0
64μm帯の高性能の光磁界センサが得られる。Further, according to the present invention, the magneto-optical element is used as a Faraday rotator, and the working wavelength is 0.98 μm.
Band, 1.017 μm band, 1.047 μm band, and 1.0
A high performance optical magnetic field sensor in the 64 μm band can be obtained.
【図1】本発明の一実施例による磁気光学素子の組成範
囲をMnTe−HgTe−CdTeの擬3元系相図にお
いて示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a composition range of a magneto-optical element according to an example of the present invention in a pseudo-ternary phase diagram of MnTe-HgTe-CdTe.
【図2】従来のブリッジマン法を実行するための結晶製
造装置の動作を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the crystal manufacturing apparatus for performing the conventional Bridgman method.
【図3】上記従来のブリッジマン法にて製造されたCd
MnHgTeで示される組成を有する半磁性半導体結晶
の構造の赤外偏光顕微鏡写真である。FIG. 3 is Cd manufactured by the conventional Bridgman method.
It is an infrared polarization micrograph of the structure of the semimagnetic semiconductor crystal which has a composition represented by MnHgTe.
【図4】本発明による製造方法を実行するための結晶製
造装置の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the crystal manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method according to the present invention.
【図5】上記本発明の製造方法にて製造されたCdMn
HgTeで示される組成を有する半磁性半導体結晶の構
造の赤外偏光顕微鏡写真である。FIG. 5: CdMn manufactured by the manufacturing method of the present invention
3 is an infrared polarization micrograph of the structure of a semimagnetic semiconductor crystal having a composition represented by HgTe.
【図6】上記従来のブリッジマン法および上記本発明の
製造方法にて製造された結晶の組成偏析の分布を比較し
て示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a comparison of composition segregation distributions of crystals produced by the conventional Bridgman method and the production method of the present invention.
【図7】半磁性半導体単結晶の各組成におけるヴェルデ
定数の値をMnTe−HgTe−CdTeの擬3元系相
図において示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the Verdet constant values for each composition of a semi-magnetic semiconductor single crystal in a pseudo-ternary phase diagram of MnTe-HgTe-CdTe.
1 電気炉 3 石英るつぼ 4 融液 5 単結晶 6 焼結棒 8 加圧容器 9 アルゴンガス 1 Electric Furnace 3 Quartz Crucible 4 Melt 5 Single Crystal 6 Sintering Rod 8 Pressure Vessel 9 Argon Gas
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02F 1/37 // G02B 27/28 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location G02F 1/37 // G02B 27/28 A
Claims (8)
1 (0<X<1、0<Y<1)で表される磁気光学素子
において、 MnTe−HgTe−CdTeの擬3元系相図におい
て、 Mn0.5 Hg0.5 Te, Mn0.6 Hg0.4 Te,Cd
0.83Mn0.13Hg0.04Te, Cd0.83Mn0.05Hg
0.12Te の4点に囲まれる範囲に含まれる組成を有し、かつ30
0μm以上の厚さを有する、双晶及び組成偏析を実質的
に含まない単結晶からなることを特徴とする磁気光学素
子。1. (Cd 1-XY Mn x Hg Y ) 1 Te
1 in the magneto-optical element represented by (0 <X <1,0 <Y <1), the pseudo-ternary phase diagram of MnTe-HgTe-CdTe, Mn 0.5 Hg 0.5 Te, Mn 0.6 Hg 0.4 Te, Cd
0.83 Mn 0.13 Hg 0.04 Te, Cd 0.83 Mn 0.05 Hg
It has a composition contained in the range surrounded by four points of 0.12 Te, and 30
A magneto-optical element comprising a single crystal having a thickness of 0 μm or more and substantially free of twin crystals and composition segregation.
用することを特徴とする請求項1に記載の磁気光学素
子。2. The magneto-optical element according to claim 1, which is used in a wavelength region of substantially 0.98 μm band.
使用することを特徴とする請求項1に記載の磁気光学素
子。3. The magneto-optical element according to claim 1, which is used in a wavelength region of substantially 1.017 μm band.
使用することを特徴とする請求項1に記載の磁気光学素
子。4. The magneto-optical element according to claim 1, which is used in a wavelength region of substantially 1.047 μm band.
使用することを特徴とする請求項1に記載の磁気光学素
子。5. The magneto-optical element according to claim 1, which is used in a wavelength region of substantially 1.064 μm band.
デー回転子として備えてなることを特徴とする光アイソ
レータ。6. An optical isolator comprising the magneto-optical element according to claim 1 as a Faraday rotator.
デー回転子として備えてなることを特徴とする光磁界セ
ンサ。7. An optical magnetic field sensor comprising the magneto-optical element according to claim 1 as a Faraday rotator.
1 (0<X<1、0<Y<1)で表される磁気光学素子
であって、MnTe−HgTe−CdTeの擬3元系相
図において、 Mn0.5 Hg0.5 Te, Mn0.6 Hg0.4 Te,Cd
0.83Mn0.13Hg0.04Te, Cd0.83Mn0.05Hg
0.12Te の4点に囲まれる範囲に含まれる組成を有し、かつ30
0μm以上の厚さを有する、双晶及び組成偏析を実質的
に含まない単結晶からなる前記磁気光学素子を製造する
方法において、 前記擬3元系相図において前記範囲に含まれる目標組成
に対し、Te以外の元素の割合はそのままの状態で、T
eが0.001以上0.1以下過剰である割合に配合さ
れた金属Cd、金属Mn、金属Te、および金属HgT
eからなる原料又は金属Cd、金属Mn、金属Te、お
よび金属Hgからなる原料を出発原料として用意する工
程と;前記出発原料を、Hgの蒸気圧に対応する圧力に
維持され、かつ、前記出発原料を融解し得る温度に維持
された雰囲気に置いて、前記出発原料を、融解された原
料に融解する工程と;前記融解された原料を急冷凝固し
て多結晶体とする工程と;この多結晶体を、Hgの蒸気
圧に対応する圧力に維持され、かつ、前記多結晶体の相
変態温度より低い温度に維持された雰囲気に置いて、固
相反応により前記単結晶を再結晶成長させる工程とを含
むことを特徴とする磁気光学素子の製造方法。8. (Cd 1-XY Mn x Hg Y ) 1 Te
1 A magneto-optical element represented by (0 <X <1,0 <Y <1), the pseudo-ternary phase diagram of MnTe-HgTe-CdTe, Mn 0.5 Hg 0.5 Te, Mn 0.6 Hg 0.4 Te , Cd
0.83 Mn 0.13 Hg 0.04 Te, Cd 0.83 Mn 0.05 Hg
It has a composition contained in the range surrounded by four points of 0.12 Te, and 30
A method of manufacturing the magneto-optical element comprising a twin crystal and a single crystal substantially free of composition segregation having a thickness of 0 μm or more, wherein a target composition included in the range in the pseudo ternary phase diagram is used. , Te, the ratio of elements other than Te remains unchanged, and T
The metal Cd, the metal Mn, the metal Te, and the metal HgT mixed in such a ratio that e is 0.001 or more and 0.1 or less in excess.
a step of preparing a starting material composed of e or a material composed of metal Cd, metal Mn, metal Te, and metal Hg as a starting material; the starting material being maintained at a pressure corresponding to the vapor pressure of Hg, and Placing the raw material in an atmosphere maintained at a temperature capable of melting the raw material to melt the starting raw material into the melted raw material; quenching and solidifying the melted raw material into a polycrystal; The single crystal is recrystallized by solid phase reaction by placing the crystal in an atmosphere maintained at a pressure corresponding to the vapor pressure of Hg and lower than the phase transformation temperature of the polycrystal. And a step of manufacturing the magneto-optical element.
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JP2002082309A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Tokin Corp | Optical isolator |
JP2008134595A (en) * | 2006-10-30 | 2008-06-12 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator provided with faraday rotator |
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-
1994
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EP0947610A3 (en) * | 1998-03-31 | 2002-01-23 | Ngk Insulators, Ltd. | A single crystal-manufacturing equipment and a method for manufacturing the same |
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